espesamiento y filtración

UNIDAD VII

Espesamiento y Filtración

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ÍndiceUnidad VII : “Espesamiento y Filtración”

1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................ 12. SEPARACIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO .............................................................................. 1

2.1. ESPESAMIENTO ............................................................................................... 32.1.1. ESPESADORES....................................................................................... 3

2.1.1.1. ¿CUÁL ES LA ESTRUCTURA MECÁNICA DEL ESPESADOR? ..........62.1.2. FLOCULANTES....................................................................................... 8

2.2. FILTRACIÓN..................................................................................................... 92.2.1. FILTROS DE VACÍO...............................................................................102.2.2. FILTROS A PRESIÓN.............................................................................12

3. RESUMEN DE LA UNIDAD.........................................................................................14

Tecsup Virtu@l Concentración de Minerales

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UNIDAD VII

“ESPESAMIENTO Y FILTRACIÓN”

1. INTRODUCCIÓN

El producto de una planta concentradora como sabemos resulta ser un concentrado final.Este producto deberá ser transportado a la fundición o al puerto, si ese fuese el caso. Estaoperación de transporte conlleva a que tengamos que realiza operaciones de desaguado oeliminación parcial del agua contenida en la pulpa mineral, para lo cual será necesariodisponer de ciertos equipos de separación sólido/líquido.

Los equipos de separación sólido/líquido consisten en espesadores, en los cuales tendrálugar la sedimentación de partículas por efectos de la gravedad. A continuación seencuentran la filtración del under flow de los espesadores y que pueden ser al vacío o apresión.

Es importante destacar que, para el transporte de los concentrados es requisitofundamental, salvo que dicho transporte se realice en mineraductos, el desaguado de lapulpa. Solamente así tendremos una operación económicamente rentable

OBJETIVOS

• Describir las operaciones de espesamiento y filtración como etapas de la separaciónsólido/liquido.

• Comprender la importancia que representa el desaguado de pulpas para el transporte deconcentrados.

• Identificar problemas operativos en la separación sólido/líquido.

2. SEPARACIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO

Esta fase del proceso de concentración de minerales, consiste en las operaciones unitariasdestinadas a eliminar el agua de los productos intermedios o finales de una plantaconcentradora. Se divide en las siguientes operaciones parciales, en las cuales el agua seelimina por etapas (Ver fig. 7.1):

SEPARACIÓNSÓLIDO/LÍQUIDO

Espesamiento Filtración Secado térmico


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• ESPESAMIENTO Y CLARIFICACIÓNResulta una pulpa espesa con un contenido de sólidos de 50% a 75%.

• FILTRACIÓNCuyo producto final es un cake de sólidos con 5% hasta 25% de humedad.

• SECADOGeneralmente por vía térmica y a veces con ayuda de vacío, en el cual la humedad sereduce hasta alrededor de 1% o menos.

Fig. 7.1 Etapas de la separación sólido – líquido de una pulpaconteniendo un concentrado


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2.1. ESPESAMIENTO

Fig. 7.2. Vista de un espesador.

Ocurre por sedimentación de las partículas y se considera como una primera etapa dedesaguado. Produce lodos de 45 - 75% de sólidos y líquidos turbios con menos de 1%de sólidos.La sedimentación se realiza en aparatos denominados espesadores (fig. 7.2).

2.1.1. ESPESADORES

Son unidades intermitentes o continuas y consisten en tanques derelativamente poca profundidad, desde los cuales se separa el líquido claropor su parte superior y la suspensión espesa queda en el fondo.

El espesamiento es un proceso de sedimentación continuo mediante el cualse reduce el contenido de agua de los productos de la concentración hastaobtener una pulpa de alto contenido de sólidos, llamada “underflow”, que seevacúa continuamente, con medios mecánicos, del estanque desedimentación, mientras que el agua decantada abandona el estanque enforma de rebalse u “overflow”, también continuo, con un contenido desólidos muy débil o casi nulo.

Según si el propósito principal es el espesamiento o la clarificación, seorientará el proceso para acentuar ya sea el contenido de sólidos delunderflow o la claridad del overflow.

El espesor continuo consiste de un tanque cilíndrico. El diámetro varía de 2 -200 m y la profundidad de 1 - 7 m.

La pulpa se alimenta en el centro por un pozo de alimentación, colocadohasta 1 m abajo de la superficie para causar la menor perturbación posible.

El líquido clarificado derrama por un canal periférico, mientras que lossólidos que se asientan sobre el fondo del tanque se extienden como pulpasespesas a través de una salida central.


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El interior del tanque tiene 1 ó más brazos giratorios radiales, desde cadauno de ellos está suspendida una serie de aspas acondicionadas paraarrastrar los sólidos asentados hacia el cono de descarga y mantienen lafluidez del material decantado en el fondo.

Durante el funcionamiento se distinguen 4 zonas (fig. 7.3)

ZONASEN EL

ESPESADOR

Zona A de clarificación o zonaclarificada

Zona B de sedimentación pordonde ingresa la pulpa.

Zona C o intermedia entre lasedimentación y la compresión

Zona D o de compresión, en laque los sólidos eliminan parte del

agua por compresión.


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Fig. 7.3 Zonas en un espesador.


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2.1.1.1. ¿CUÁL ES LA ESTRUCTURA MECÁNICA DEL ESPESADOR?

a) Cilindro de alimentación: orienta la dirección de la pulpa. b) Tanque: de acero, madera o concreto. c) Brazos de rastrillo: se mueven sobre el fondo inclinado. d) Paletas o “Scrapers”: ubicados en 90° respecto a los rastrillos y que orientan los sólidos hacia el cono de descarga. e) Mecanismo de propulsión de los rastrillos: provee el torque que mueve los brazos y paletas contra la resistencia de los

sólidos.

a) Cilindro de alimentaciónSirve para orientar la dirección del chorro de pulpa de entrada,disminuir su energía cinética, e introducir el material a unaprofundidad adecuada (fig. 7.4).

b) TanquePuede ser de acero, madera o de concreto y estar en formaelevada encima del nivel del suelo o alternativamente sobre elnivel del mismo, con su respectivo fondo inclinado, que facilitala remoción del underflow decantado hacia su punto dedescarga. Su canaleta de rebalse para recibir el aguaclarificada y el túnel de acceso para control y mantenimientode las tuberías y accesorios underflow.

La función primordial del tanque esproporcionar el tiempo de retención

para el espesamiento y clarificación dela pulpa ingresante.


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Fig. 7.4 Elementos en un espesador continuo.


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c) Brazos de rastrilloSe mueven sobre el fondo inclinado del espesador y cumplenlas siguientes funciones:− Conducen los sólidos sedimentados hacia el cono de

descarga.− Mantienen la fluidez en el material decantado en el fondo,

para asegurar su remoción hidráulica e impedir que se“cemente”.

− Incrementa el contenido de sólidos, creando canales en lacama de sólidos por donde se escapa el agua en la zona decompresión.

d) Paletas o “scrapers”Normalmente en brazos distintos a los de rastrillos ubicados enángulos de 90° con respecto a aquellos que sirven pararemover los sólidos en el cono central de descarga y conducirhacia el orificio de salida.

e) Canal de reboseRecoge el rebose clarificado y lo lleva a su salidacorrespondiente.

f) Mecanismo de propulsión de los rastrillosProvee el torque que mueve los brazos contra la resistencia delos sólidos espesados de gran diámetro, a pesar de la bajavelocidad de rotación del mismo.

g) Mecanismo de alarma automática de sobrecarga ylevante de los rastrillosUno de los problemas operativos más serios de losespesadores estriba en la sobrecarga del mecanismo derotación de los rastrillos. Existen dispositivos de alarmavisual/auditiva que advierten contra aumentos anormales detorque y en caso de alcanzar valores intolerables, actúan sobremecanismos automáticos de levante de los brazos para reducirel torque y evitar paralización de la rotación y/o daños almecanismo.

2.1.2. FLOCULANTES

Cuando de espesar partículas muy finas y lamosas (ej.: algunos relaves,pulpas de cianuración etc.) o alternativamente, cuando la superficie delespesador esté subdimensionada (tal vez por cambio de parámetros deoperación o por un aumento de producción), se suele agregar a la pulpaingresante un reactivo denominado floculante.

Los floculantes son polímeros de alto peso molecular cuya función esneutralizar las cargas del mismo signo que hace que las partículas finas serepelan. De esta manera las partículas entran en contacto y se adhieranalrededor de las partículas gruesas aglomerándose y sedimentándose.


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2.2. FILTRACIÓN

En la gran mayoría de plantas concentradoras, la filtración es la última etapa deseparación sólido/líquido a llevarse a cabo, previo al embarque por camión hacia lafundición o al puerto marítimo para transporte a ultramar.

Teniendo presente que el propósito de la filtración es preparar el producto paratransporte terrestre o marítimo, antes que para algún tratamiento ulterior depirometalurgia o hidrometalurgia, cabe determinar la humedad residual óptima, quearroja costo mínimo y máxima seguridad de transporte. (ej.: mínimo peso muerto, sinriesgo de oxidación espontánea ni desplazamiento tixotrópico del material en lasbodegas de camiones o barcos) y además mínimas pérdidas por polvo durantemanejo y transporte.

Esta operación que separa sólidos de líquidos utiliza un medio poroso que retiene elsólido pero permite pasar al líquido y la selección del equipo apropiado depende devarios factores. En cualquiera de los casos se forma gradualmente una torta de filtro(CAKE) sobre el medio poroso.

Adelantaremos que en cuanto a la fuerza para efectuar la filtración a través del mediofiltrante y del cake de sólidos, es más débil el vacío (que solamente alcanza a unafracción de la atmósfera sobre todo en la región andina, donde la presión atmosféricase encuentra fuertemente reducida por efectos de la altura); siendo mayor la presióny la fuerza centrífuga, que puede llegar a varias atmósferas.

IMPORTANTELos floculantes deben agregarse como solucionesmuy diluidas en forma gradual, por etapas, paraevitar la formación de coágulos. Además esnecesario usarlos en dosificaciones mínimas tambiénpor razones de costo y evitar excedentes en el aguaque eventualmente puede retornar a la flotación.

TIPOS DE FILTRACIÓN

Filtración al vacío Filtración a presión


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2.2.1. FILTROS DE VACÍO

Fig. 7.5 Filtros de discos al vacío.

Se incorpora un medio filtrante conveniente, soportado sobre un sistema dedrenaje debajo del cual, la presión se reduce al conectar a un sistema devacío.

Pueden ser de tambor o de discos. Se caracterizan por un estanque depulpa, frecuentemente con un eje de paleta de agitación en su fondo. Losdiscos o tambores están cubiertos por lona de filtro y los canales de drenajede los sectores de filtración están conectados con tubos longitudinales en eleje principal.

Fig. 7.6 Esquema de un filtro de discos.


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Una válvula que constituye el corazón del equipo conecta dichos tubos conuna fuente de vacío y con un compresor angular. Están bajo vacío mientrasse encuentran en contacto con la pulpa y con aire comprimido en el instantede descargar el cake filtrado. (Fig. 7.5 y 7.6)

El vacío que se logra a nivel del mar es de unos 20” Hg, pero a 4 000 – 5000 m. de altura, solamente se alcanza los 2/3, es decir 13” - 15” Hg.

Fig.7.7 Detalle de un filtro de discos al vacío.

Los filtros de disco tienen la gran ventaja de ser compactos (ya quenormalmente, posee varios discos en paralelo, en un solo estanque) peroque padece con otros filtros de problemas de desprendimiento del cake (querequiere chorros de aire comprimido y un par de cuchillas), de una válvulasensitiva de vacío y de desgaste de los sectores de lona del filtro.

FILTROSAL VACÍO

TAMBOR DISCOS BANDA


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2.2.2. FILTROS A PRESIÓN

Fig. 7.8. Moderno filtro a presión.

Los filtros a presión producen, por lo general, cakes con humedecesinferiores a los filtros de vacío. Su aplicación se extiende especialmente alcampo de la hidrometalurgia e industrias químicas, pero en cuanto aldesaguado de concentrados minerales, se los emplea para productoslamosos cuya filtración al vacío resulta en cakes con grado de humedadexcesivamente elevado.

El vacío que se logra en plantasubicadas a unos 4 000 a 5 000 msobre el nivel del mar, equivale en

promedio a unos 2/3 del vacíoalcanzado prácticamente a nivel del

mar, que es de unas 20 pulg. demercurio. En la altura de las plantas

de la sierra, se llega en forma prácticasolamene a unas 13 a 15 pulg. de Hg.


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Mientras que los filtros de vacío actúan con gradientes de presión máximasde 1 atmósfera (o menos, en plantas situadas a altura), los filtros a presiónactúan con fuerzas varias veces mayores.

La mayor parte de estos filtros opera en forma discontinua y actúan conpresiones más altas que una atmósfera, por lo que su velocidad de filtraciónes superior, hasta que se obstruyan los poros del cake.

Su construcción mecánica es más sencilla y robusta que la de los filtros alvacío, pero tienen el inconveniente de una capacidad reducida por lo queson discontinuos.En la mayoría de los filtros de presión son discontinuos (filtros prensa), conel inconveniente de necesitarse una multitud de unidades de capacidadreducida por la falta de continuidad y al mismo tiempo requerir un estanqueintermedio, acumulador y alimentador de pulpa.

Para corregir, aunque fuera parcialmente, estos inconvenientes, losfabricantes han automatizado los filtros prensas más modernos. Ej. Losciclos de llenado – secado – abrir/descargar – lavar tela – cerrar y llenar denuevo, etc. Pueden ser pre-programados y ejecutados mecánicamente sinintervención personal.Uno de los modelos más perfeccionados de filtros prensa automáticos, esfabricado por LAROX, Finlandia. Sin embargo a pesar de las aparentesventajas mecánicas y metalúrgicas del filtro LAROX, su costo elevado no hapermitido una implantación generalizada y hasta el momento solamentealgunas plantas han adoptado dicho modelo. Posiblemente nuevos adelantosy costos más razonables permitirán su aplicación más extensa en el futuro.


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3. RESUMEN DE LA UNIDAD

La separación sólido/líquido es la fase de la concentración de los minerales que consiste enla operación unitaria destinada a reducir o eliminar el agua de los productos intermedios ofinales de la planta concentradora. La operación consta de las fases siguientes: elespesamiento, la filtración y en algunos casos el secado.

El espesamiento se lleva a cabo en equipos denominados espesadores y es la etapa en laque se reduce el contenido de agua de las pulpas diluidas hasta obtener un productollamado “underflow” y en el cual la separación se lleva a cabo por decantación de partículasen función de su peso. En esta etapa cumple una especial función los reactivos llamadosfloculantes que permiten acelerar la decantación de partículas.

De otro lado en la gran mayoría de las plantas concentradoras la filtración es la última etapade la separación sólido – líquido y tiene lugar tratando el “underflow” de los espesadorescon el uso de presión o vacío en equipos llamados filtros.

De esta manera se obtiene un producto denominado “cake” el cual algunas veces essometido a operaciones de secado a fin de ser transportado.

FIN DE LA UNIDAD


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